通过回流焊模拟smt贴片加工过程,观察IMC在smt贴片打样或加工过程中其形貌以及组成等特点随回流焊次数的变化情况。
150℃烘烤过程代表后期使用过程中的老化,众焱电子小编将设置不同的烘烤时间代表不同的使用时长,观察不同使用时长情况下焊点IMC组成、形貌以及厚度等特性。
1、回流焊次数对IMC特性的影响
通过实验可以发现,在回流焊一次时,Ni与Cu原子个数之和与Sn原子个数比接近于6:5,即回流焊一次后,IMC组成主要成分是(Cu,Ni)6Sn5,但是回流焊2次之后此比值接近于3:4,IMC组成主要成分是(Ni,Cu)3Sn4 ,而且,回流焊一次后,在焊料与基底的结合处,IMC厚度比较薄,在回流焊二次时,IMC进一步生长,随着回流焊次数的增加,IMC厚度增加且形貌发生变化,在回流焊一次时,IMC形貌主要是颗粒状,但是回流焊二次后,在IMC与基底结合处出现层状结构。
2、沉金板IMC生长机理
在试验中,焊料组分中Cu含量为0.5wt%,Ni焊盘界面上主要形成Ni3Sn4和Cu6Sn5两种金属间化合物。但是,根据图二可知,最初形成Cu6Sn5金属间化合物,由于Ni原子参与反应,Cu6Sn5中的部分Cu原子被Ni原子取代,Cu6Sn5转化成(Cu,Ni)6Sn5;另一方面,随着(Cu,Ni)6Sn5的形成,在界面上开始形成Ni3Sn4,部分Cu原子扩散进入Ni3Sn4中取代了Ni的位置,Ni3Sn4转变成(Ni,Cu)3Sn4。通常情况下三元金属间化合物比二元金属间化合物具有更低的自由能,基于三元(Ni,Cu)3Sn4与二元 Ni3Sn4相比具有更低的自由能,因此这一转化速度特别快。
在试验条件范围内,IMC总厚度以及形貌几乎没有改变,IMC主要形貌为层状与颗粒状共存,通过元素分析发现,元素组成没有多大变化,元素组成主要成分为(Ni,Cu)3Sn4,IMC结构比较稳定,富磷层几乎不可见。为了进一步验证试验范围内,IMC特性没有改变,接下来通过剪切力测试验证该结论。
在试验范围内,焊点强度几乎没有改变,焊点强度都在1500g以上。而且通过剪切力测试发现,在烘烤时间为0h以及165h时,高速剪切断裂面形貌是相同的,白色局域为焊料部分,内部灰暗部分为IMC层,通过元素分析发现,断裂面发生在焊料与IMC结合处,IMC在生长状态,在165h烘烤时间内,沉金板IMC结构、形貌以及焊点强度几乎没有改变。
3、总结
综上所述,150℃老化过程中,IMC生长缓慢,而回流焊次数对沉金板IMC生长影响显著,说明焊料液化状态下IMC生长较快。
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